電感耦合等離子體發射光譜法同時測定地表水中的鋇、鈷、鋁、鎳、鉬重金屬殘留

趙青峰，張文龍

（河南省信陽水文水資源勘測局，河南 信陽464000）

進入20 世紀以來，隨著我國科學技術的迅速發展，尤其是金屬冶煉、鋼鐵制造等行業發展尤為迅猛，截止到2019 年我國鋼鐵產量已超過11 萬t，為我國經濟社會的高速發展奠定基礎[1,2]，但我國在金屬的開采、冶煉等過程中，造成重金屬如鋇、鈷、鋁等隨著工業廢水的排放，進入到地表水系統中，而重金屬元素在地表水系統中不能被生物降解，且具有蓄積性，對地表水造成不可逆轉的影響；人類誤食用到被金屬污染的水資源，從而進入到人體中與蛋白質、酶等發生化學反應，或在人體器官中蓄積，造成人體亞急性、慢性中毒等[3,4]，如日本發生的汞中毒和鎘污染等公害病，均由重金屬污染導致。因此，加強對地表水中重金屬污染物的監測意義重大。

因地表水中重金屬殘留量極少，實驗為提高檢測靈敏度，建立采用濃縮法將地表水樣品進行濃縮處理，電感耦合等離子體發射光譜法同時測定鋇、鈷、鋁、鎳、鉬重金屬殘留的分析方法[5-8]。實驗結果證明，該方法靈敏、快速、準確，適用于地表水中極微量重金屬殘留的檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器部分

Thermo Avio 500 型電感耦合等離子體發射光譜儀（美國鉑金埃爾默公司）；SOPTOP AE 224C 型電子分析天平（精度：萬分之一，上海舜宇恒平科學儀器公司）；ATR AutoVap S8 型全自動濃縮儀（美國ATR 科技公司）；Milli-QA10 型純化水系統（美國密理博公司）。

1.2 標準物質和試劑

鋇單元素標準物質（編號：GBW（E）080286）、鈷單元素標準物質（編號：GBW（E）083781）、鋁單元素標準物質（編號：GBW（E）080219）、鎳單元素標準物質（編號：GBW（E）082824）、鉬單元素標準物質（編號：GBW（E）080133）、濃度均為100μg·mL-1，購自國家鋼鐵材料測試中心；HNO3（AR 上?；瘜W試劑廠）；實驗用水（純化水，自制）；其他試劑均為分析純。

1.3 儀器條件

開啟電感耦合等離子體發射光譜儀，預熱30min，按下表設置各項儀器參數。見表1。

表1 儀器方法Tab.1 Instrument method

1.4 溶液制備

1.4.1 標準儲備溶液 取鋇、鈷、鋁、鎳、鉬單元素標準物質，分別精密量取1.0mL，置100mL 棕色量瓶中，加HNO3（5.0%）稀釋至刻度，搖勻；再精密量取1.0mL 上述溶液，置100mL 棕色量瓶中，加HNO3（5.0%）稀釋至刻度，搖勻。（鋇、鈷、鋁、鎳、鉬濃度：10μg·L-1）

1.4.2 樣品溶液 隨機取地表水（湖泊、溪流）樣品1000mL，將表面懸浮物去除，0.45μm 濾膜濾過，取續濾液100mL，置于全自動濃縮儀樣品管中，濃縮至體積約為35mL，加0.25mL 濃HNO3，用純化水定容至50mL，即得。

1.4.3 標準曲線溶液 取1.4.1 標準儲備溶液，分別精密量取適量，分別置6 個10mL 棕色量瓶中，制備每1.0mL 溶液中含有4 種待測金屬元素依次為0.02、0.05、0.2、0.4、0.6、1.0、4.0μg·L-1的標準曲線溶液，加HNO3（5.0%）稀釋至刻度，搖勻。

2 結果與討論

2.1 待測元素分析譜線的選擇

電感耦合等離子體發射光譜法雖然專屬性較好，但待測元素在同位素或其他元素共存時，選擇適合的分析譜線可以有效提高檢測靈敏度和準確度。如鉛元素常選用220.353nm 作為分析譜線，但如果有鐵基質存在時，會對鉛的檢測造成干擾，因此選擇220.353nm 作為分析譜線就不合適。實驗通過對加標樣品溶液進行檢測，參考相關文獻最終確定鋇、鈷、鋁、鎳、鉬的最佳分析譜線見表2。

表2 分析譜線選擇Tab.2 Analysis line selection

2.2 儀器發射功率的優化

電感耦合等離子體發射光譜儀，發射功率增大，可以提高ICP 溫度，使譜線的發射強度增強，檢測信號提高，但譜線背景顯著增加，信背比反而隨功率的增大而下降，同時增加了燒蝕矩管的危險。實驗保持其他條件不變，將ICP-AES 功率分別設置800、1000、1100、1200、1300、1400W 不同功率測定樣品加標溶液，確定RF 功率為1200W 時，鋇、鈷、鋁、鎳、鉬金屬元素靈敏度最佳。因此，實驗選擇RF 功率為1200W。

2.3 標準曲線、相關系數和檢測限

取1.4.1 標準儲備溶液，分別精密量取適量，分別置6 個10mL 棕色量瓶中，制備每1.0mL 溶液中含有4 種待測金屬元素依次為0.02、0.05、0.2、0.4、0.6、1.0、4.0μg·L-1的標準曲線溶液，加HNO3（5.0%）稀釋至刻度，搖勻；再按1.3 儀器條件設置儀器，分別將上述標準曲線溶液注入儀器，以橫坐標為重金屬濃度（X）、縱坐標為響應值（Y）進行線性回歸，計算曲線方程，在以3 倍信號值和噪音值比值作為檢測限；結果5 種待測重金屬線性關系良好，相關系數均大于0.995，檢測限在0.005～0.012μg·L-1之間。結果見表3。

表3 標準曲線、相關系數和檢測限Tab.3 Standard curve, correlation coefficient and detection limit

2.4 方法回收率試驗

隨機取地表水（湖泊、溪流）樣品1000mL，共取6 份，分別精密加入1.4.1 標準儲備溶液適量，后續按1.4.2 樣品溶液方法進行前處理，制備含鋇、鈷、鋁、鎳、鉬分別為0.02 和1.0μg·L-1的加標溶液；再按1.3 儀器條件設置儀器，分別將上述加標溶液注入儀器，以樣品檢測值和加入量計算回收率；結果5種待測金屬2 水平加標回收率在86.3%～93.5%之間，符合要求。結果見表4。

表4 回收率試驗結果Tab.4 Recovery test results

2.5 方法重復性實驗

隨機取地表水（湖泊、溪流）樣品1000mL，精密加入1.4.1 標準儲備溶液適量，后續按1.4.2 樣品溶液方法進行前處理，制備含鋇、鈷、鋁、鎳、鉬分別為0.05μg·L-1的加標溶液，同法平行制備6 份；再按1.3 儀器條件設置儀器，分別將上述溶液注入儀器，計算方法重復性RSD。結果，鋇、鈷、鋁、鎳、鉬重復性RSD 分別為3.17% 、2.58%、3.44%、2.93%和3.01%，表明方法重復性良好。

2.6 方法實例

隨機取地表水樣品1000 mL（湖泊、溪流、農田灌溉），分別按1.4.2 樣品溶液方法進行前處理，每個樣品平行制備2 份樣品溶液，再按1.3 儀器條件設置儀器，分別將上述溶液注入儀器，計算地表水樣品中鋇、鈷、鋁、鎳、鉬的含量。在湖泊水和農田灌溉水中檢出微量鋁殘留，結果見表5。

表5 檢測結果（μg·L-1）Tab.5 Detection result（μg·L-1）

3 結論

實驗開發建立采用濃縮法將地表水樣品進行濃縮處理，電感耦合等離子體發射光譜法同時測定鋇、鈷、鋁、鎳、鉬重金屬殘留的分析方法，對待測元素譜線和儀器發射功率進行了優化，考察了方法的線性等，經實驗證實此方法具有簡單、快速等優點，可以用于地表水中重金屬殘留的檢測。